JP2003095579A - 自動クレーンの振動抑制装置 - Google Patents

自動クレーンの振動抑制装置

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JP2003095579A
JP2003095579A JP2001288591A JP2001288591A JP2003095579A JP 2003095579 A JP2003095579 A JP 2003095579A JP 2001288591 A JP2001288591 A JP 2001288591A JP 2001288591 A JP2001288591 A JP 2001288591A JP 2003095579 A JP2003095579 A JP 2003095579A
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signal
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Yosuke Mizutani
洋介 水谷
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Mitsubishi Electric Corp
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Mitsubishi Electric Corp
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66CCRANES; LOAD-ENGAGING ELEMENTS OR DEVICES FOR CRANES, CAPSTANS, WINCHES, OR TACKLES
    • B66C13/00Other constructional features or details
    • B66C13/04Auxiliary devices for controlling movements of suspended loads, or preventing cable slack
    • B66C13/06Auxiliary devices for controlling movements of suspended loads, or preventing cable slack for minimising or preventing longitudinal or transverse swinging of loads
    • B66C13/066Auxiliary devices for controlling movements of suspended loads, or preventing cable slack for minimising or preventing longitudinal or transverse swinging of loads for minimising vibration of a boom

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ギア比の上昇やブーム長が長くなる影響で、
ギア剛性低下とブーム剛性低下がおこり、クレーン旋回
系が低い固有振動数を持つようになり、クレーン取付架
台や搭載車両の固有振動数と重なり、共振状態になり旋
回時にブーム先端が大きく振動する。本発明はこの問題
点を解消するためになされたもので、負荷の残留振動を
抑制し、より安定性を高めたサーボシステムを得ること
を目的とする。 【解決手段】 ブーム先端の旋回軸周りの角速度23を
加速度センサ15から検出された信号に基づき角加速度
への変換とその積分から求め、さらに目標角速度20と
の角速度偏差28を求め、角速度偏差28に適当な大き
さのゲインを乗じて、角速度偏差を減少させるように位
置制御出力信号14に加えることでブームに発生する振
動を抑制させるものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ブームの先端を目
標角度まで旋回させる自動クレーンの振動抑制装置に関
するものである。
【0002】
【従来の技術】図4は油圧モータで旋回軸を駆動するク
レーンに従来のサーボシステムを適用した例を示す図で
あり、1は油圧モータ、2は旋回駆動機構、3は油圧シ
リンダ、4はブーム、5は吊り具、6は負荷、7は変位
センサ、8は位置制御部、9は位置誤差演算器、10は
位置制御器、11は目標角度入力信号、12は実角度信
号、13は角度偏差信号、14は位置制御出力信号であ
る。
【0003】次に図4の動作について説明する。油圧モ
ータ1が駆動されると、旋回駆動機構2を通して油圧シ
リンダ3にて支えられたブーム4が旋回する。ブーム4
先端から出ているワイヤーやフック等からなる吊り具5
を介して、負荷6が繋がっており、ブーム4を旋回させ
る事で負荷6を移動させる。次に、油圧モータ1を駆動
するための位置制御出力信号14を生成する手段を述べ
る。旋回駆動機構2の角度を目標角度と一致させるため
に、位置制御部8に、目標角度入力信号11と実角度信
号12を入力する。前記位置制御部8では、まず、位置
誤差演算器9で変位センサ7からの油圧モータ1の位置
信号すなわち実角度信号12と目標角度入力信号11の
2入力を比較演算し、その差分を角度偏差信号13とし
て位置制御器10に入力する。位置制御器10では、角
度偏差信号13に適当な大きさのゲインで増幅して、そ
の出力を目標の速度すなわち位置制御出力信号14とし
て油圧モータ1に伝送され、油圧モータ1が駆動する。
1の油圧モータに速度制御された電動モータを用いても
よい。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】以上のようなクレーン
においては、次のような問題点がある。モータ・減速器
・負荷系でのモータの運動方程式は数1となる。
【0005】
【数1】
【0006】数1において、τ1はモータの発生トル
ク、J1、J2はモータと負荷の慣性モーメント、θ1
はモータの回転角、Nは減速器のギア比とする。数1よ
りギア比Nの大きい減速器を設ける事で、負荷J2の慣
性効果を減らす事が出来る。しかしながら、大きなギア
比を実現するために多段の歯車列からなる減速器を使用
する事でギア剛性が低下する。さらに、ブーム長が大き
い場合や多段ブームの場合、ブーム自体の剛性が低下す
る。ギア剛性低下とブーム剛性低下に伴い、クレーン旋
回系が低い固有振動数を持つようになり、クレーン取付
架台や搭載車両の固有振動数と重なり、共振状態になり
旋回時にブーム先端が大きく振動するという問題があ
る。
【0007】本発明は、上記のような従来の問題点を解
消するためになされたもので、ブーム4の振動を抑制
し、より安定性やダンピングを高めたサーボシステムを
得ることを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】第1の発明の自動クレー
ンの振動抑制装置は、制御目標値として旋回角度・角速
度を入力する手段と、旋回角度がフィードバックされる
位置制御部と、加速度センサよりブーム先端での旋回円
弧接線方向の直線加速度からブーム先端の角速度を検出
する手段と、その角速度をフィードバックする速度制御
部と、これら両制御部の出力を合成したサーボ指令をア
クチュエータに出力する手段を備えた自動クレーンにお
いて、前記速度制御部は、目標角速度信号と旋回円弧の
接線方向の直線加速度に基づくブーム先端の角速度信号
との偏差に基づいた信号を出力するものである。
【0009】第2の発明の自動クレーンの振動抑制装置
は、角速度検出手段において、積分の低域をカットする
ことで、角加速度のオフセットにより定常時でも角速度
偏差が増加し続ける影響を緩和するものである。
【0010】第3の発明の自動クレーンの振動抑制装置
は、速度制御部において、角速度偏差にバンドパスフィ
ルタを用い振動成分のみを通すことで、角速度偏差のオ
フセットによる定常時の角度偏差をなくすことと高周波
ノイズの除去を特徴とするものである。
【0011】
【発明の実施の形態】実施の形態1.図1は本発明を適
用したサーボシステムの概要であり、15は加速度セン
サ、16は角加速度変換器、17は角加速度−角速度変
換器、18は速度制御部、19は加算器、20は目標角
速度入力信号、21は加速度センサ出力信号、22は角
加速度信号、23は角速度信号、24は速度制御出力信
号、25は油圧モータ入力信号、26は速度誤差演算
器、27は速度制御器、28は角速度偏差信号である。
1〜14は、図4に示す従来のサーボシステムと同一の
ものである。
【0012】次に動作について説明する。1〜14の動
作原理は従来の装置と同等である。まず、ブーム4先端
に固定した加速度センサ15から、旋回円弧の接線方向
の直線加速度成分を加速度センサ出力信号21とし、角
加速度変換器16に通す。角加速度変換器16にて、加
速度センサ出力信号21は旋回軸の角加速度成分に変換
され、角加速度信号22を得る。この角加速度信号22
を角加速度−角速度変換器17に通し、角速度信号23
に変換する。
【0013】次に、速度制御部18に目標角速度入力信
号20と先述の角速度信号23を入力する。速度制御部
18では、速度誤差演算器26で速度制御部18への2
入力を比較演算し、その差分を角速度偏差信号28とす
る。速度制御器22で角速度偏差信号28に適当な大き
さのゲインで増幅して速度制御出力信号24を生成し、
加算器29に伝送する。
【0014】最後に、加算器29にて、従来の技術で述
べた位置制御出力信号14と速度制御出力信号24を加
算し、演算結果を油圧モータ入力信号25として油圧モ
ータ1に入力する。角速度が出過ぎのときは減速方向
に、出ていないときは加速方向に位置制御出力信号14
を速度制御出力信号28で補正することにより、ブーム
4の振動を抑制する。
【0015】速度制御部18からの出力信号をフィード
バックし、ブーム4先端の速度を調整する事で速度ダン
ピングを付与するため、振動が抑制される効果がある。
また、ブームの振動が低減される事で、位置制御器10
のゲインをあげて帯域幅を大きくできる効果がある。
【0016】実施の形態2.図2は本発明を適用したサ
ーボシステムの概要であり、29は積分器、30はドリ
フト補正演算器である。1〜14は図4に示す従来の装
置と同一であり、15〜28に関しては図1に示す実施
の形態1の装置と同一のものである。
【0017】次に動作について説明する。1〜14の動
作原理は従来の装置と同等であり、15〜28の動作原
理は実施の形態1の装置と同等である。角加速度−角速
度変換器17において、角加速度信号22を角速度信号
23に変換するに際し、加速度センサ信号にオフセット
が存在する場合、積分結果にドリフトが発生する。この
ため、角加速度信号22を積分器29に入力し、その出
力を低域のカットを実施するドリフト補正演算器30に
入力し、角速度信号23を得る。
【0018】角速度にドリフトが存在するとき、角加速
度−角速度変換器17の積分効果のために、油圧モータ
入力信号25が蓄積され続け、油圧モータ1が旋回駆動
機構2の静止摩擦を超えるトルクを発生させる毎に旋回
駆動機構2が動くリミットサイクルが発生する。ドリフ
ト補正演算器30により、積分による角速度23のドリ
フトを抑える事で、リミットサイクルの発生を防ぐ効果
がある。
【0019】実施の形態3.図3は本発明を適用したサ
ーボシステムの概要であり、31はバンドパスフィルタ
(BPF)である。1〜14は図4に示す従来の装置と
同一であり、15〜28に関しては図1に示す実施の形
態1の装置と同一であり、29と30に関しては図2に
示す実施の形態2の装置と同一ものである。
【0020】次に動作について説明する。1〜14の動
作原理は従来の装置と同等であり、15〜28の動作原
理は実施の形態1の装置と同等である。29と30の動
作原理は実施の形態2の装置と同等である。速度制御部
18において、角速度偏差信号28から、BPF31で
角速度偏差信号28のオフセットと高周波ノイズの影響
を取り除き、主振動成分のみを通過させ速度制御器27
に伝送する。
【0021】角速度偏差信号28をBPF31に通す事
で、角速度偏差28のオフセットによる位置の定常偏差
発生を抑え、また高周波ノイズの影響を取り除く事で安
定性が向上する効果がある。
【0022】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、速度制
御部からの出力信号でブーム先端の速度を調整する事で
振動が抑制される効果がある。また、ブームの振動が低
減される事で、位置制御器のゲインをあげて帯域幅を大
きくできる効果がある。
【0023】また、実施の形態2で積分のドリフトを抑
える事で角速度のドリフトにより引き起こされるリミッ
トサイクルの発生を防ぐ効果がある。
【0024】また、実施の形態3で角速度偏差をBPF
に通す事で、角速度偏差のオフセットによる位置の定常
偏差発生を抑え、また高周波ノイズの影響を取り除く事
で安定性が向上する効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施例1による制御装置を示す構成
説明図である。
【図2】 本発明の実施例2による制御装置を示す構成
説明図である。
【図3】 本発明の実施例3による制御装置を示す構成
説明図である。
【図4】 従来の制御装置を示す構成説明図である。
【符号の説明】
1 油圧モータ、 2 旋回駆動機構、 3 油圧シリ
ンダ、 4 ブーム、5 吊り具、 6 負荷、 7
変位センサ、 8 位置制御部、 9 位置誤差演算
器、 10 位置制御器、 11 目標角度入力信号、
12 実角度信号、 13 角度偏差信号、 14
位置制御出力信号、 15 加速度センサ、 16 角
加速度変換器、 17 角加速度−角速度変換器、 1
8 速度制御部、 19 加算器、 20 目標角速度
入力信号、 21 加速度センサ出力信号、 22 角
加速度信号、 23 角速度信号、 24 速度制御出
力信号、 25 油圧モータ入力信号、 26 速度誤
差演算器、 27 速度制御器、 28 角速度偏差信
号、 29 積分器、 30 ドリフト補正演算器、
31 バンドパスフィルタ(BPF)

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 制御目標値として旋回角度・角速度を入
    力する手段と、旋回角度がフィードバックされる位置制
    御部と、加速度センサよりブーム先端での旋回円弧接線
    方向の直線加速度からブーム先端の角速度を検出する手
    段と、その角速度をフィードバックする速度制御部と、
    これら両制御部の出力を合成したサーボ指令をアクチュ
    エータに出力する手段を備えた自動クレーンにおいて、 前記速度制御部は、目標角速度信号と旋回円弧の接線方
    向の直線加速度に基づくブーム先端の角速度信号との偏
    差に基づいた信号を出力することを特徴とする自動クレ
    ーンの振動抑制装置。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の角速度検出手段におい
    て、積分の低域をカットすることで、角加速度のオフセ
    ットにより定常時でも角速度偏差が増加し続ける影響を
    緩和することを特徴とする自動クレーンの振動抑制装
    置。
  3. 【請求項3】 請求項1及び2記載の速度制御部におい
    て、角速度偏差にバンドパスフィルタを用い振動成分の
    みを通すことで、角速度偏差のオフセットによる定常時
    の角度偏差をなくすことと高周波ノイズの除去を特徴と
    する自動クレーンの振動抑制装置。
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